Кіріспе

Халықаралық әуе роботтары жарысы (IARC) – Джорджия технология институтының кампусында өткізілетін университеттер арасындағы роботтар жарысы. 1991 жылдан бері, өнеркәсіп пен үкімет қолдауымен студенттік командалар, ұшатын машиналар бұрын көрсетілмеген роботтық мінез-құлықты талап ететін міндеттерді орындау үшін автономды ұшу роботтарын сынақтан өткізіп келеді. «Әуе роботтары» термині 1990 жылы жарыстың авторы Роберт Микельсонмен ұшатын шағын, жоғары интеллектуалды машиналардың жаңа класын сипаттау үшін қолданылған. Жарыс жылдары өріс алған сайын, осы әуе роботтары әуеде тұрақтап қана қоймай, өздігінен тұрақталатын, өздігінен навигациялайтын және қоршаған ортамен өзара әрекеттесе алатын автоматтарға айналды. Жарыстың мақсаты – әуе роботтарының дамуына түрткіс беру. Барлық сынақтар осы мақсатқа бағытталған. 1991 жылдан 2009 жылға дейін алты миссия ұсынылды. Олардың әрқайсысы сол кезде демонстрацияланбаған толық автономды роботтық әрекеттерді қамтыды. 2013 жылдың қазан айында жетінші миссия ұсынылды. Бұл әуе роботтары мен бірнеше жердегі роботтар арасындағы өзара әрекеттесуді қамтитын алғашқы жоба болды. 2016 жылы жарыс және оның авторы Грузия парламентінің отырысында әлемдегі ең ұзаққа созылған әуе роботтары жарысы ретінде сенат қарарымен мойындалды.

Бірінші тапсырма

Көптеген адамдар аренаның бір жағынан екінші жағына металл дискіні жылжытуды дерлік мүмкін емес деп санады. Колледж командалары келесі екі жылда өздерінің қатысуын жақсартты, және жарыста Джорджия Технологиялық институтының командасы алғаш рет автономды түрде ұшып, ұшу және қонуды іске асырды. 1995 жылы Стэнфорд университетінің командасы бір дискіні алып, оны аренаның бір жағынан екінші жағына толық автономды ұшу арқылы жылжыта алды – жартылай.

Екінші тапсырма

Жарыс миссиясы уытты қалдықтар қоймасын іздеу, ішінара көмілген, кездейсоқ бағытталған уытты қалдықтар барабандарының орналасқан жерін картаға түсіру, әр барабанның сыртындағы қауіп белгілері арқылы мазмұнын анықтау және барабандардың бірінен үлгі алып келу арқылы қиындатылып, абстрактілі емес етілді. 1996 жылы Массачусетс технология институты мен Бостон университетінің командасы, Дрейпер зертханасының қолдауымен, толыққандай автономды, ұшатын шағын робот жасады. Ол уытты қалдықтардың барлық бес барабанының орналасқан жерін қайта-қайта дұрыс картаға түсірді және екі барабанның құрамын әуеден дұрыс анықтады, миссияның шамамен жетпіс бес пайызын орындады. Келесі жылы Карнеги-Меллон университетінің командасы жасаған әуе роботы толыққандай миссияны аяқтады. Бұл сценарий АҚШ Энергетика министрлігінің Қауіпті материалдарды басқару және төтенше жағдайларға жауап беру (HAMMER) оқу орталығында қайта жандандырылды. Сценарийдің шынайылығын арттыру үшін, апат аймағынан өздігінен шыға алмайтын аман қалғандарды сомдау үшін актерлердің орнына аниматроника қолданылды. Германияның Берлин техникалық университетінің әуе роботы барлық кедергілерді анықтап, олардан өтті, жердегі барлық қаза тапқандарды және аман қалғандарды (қозғалыс арқылы екеуін ажырата отырып) анықтады, сондай-ақ аман қалғандардың суреттерін және олардың орналасқан жерін құтқарушыларға жіберіп, оларға құтқару жұмыстарын жүргізуге көмектесті. Бұл миссия 2000 жылы аяқталды.

Төртінші тапсырма

Төртінші миссия 2001 жылы басталды. Ол үш сценарийді қамтиды, олардың барлығы бірдей автономды мінез-құлықты талап етеді: жағалаудан 3 километр қашықтықта орналасқан су асты кемесі, жағалаудағы қаланы табу үшін әуе роботын жіберуі керек, тұтқындар ұсталып отырған елшілікті анықтау, елшілік ғимаратындағы қолжетімді кіреберістерді табу, ішке кіру (немесе сенсорлық зонд / кіші көлік жіберу) және тұтқындардың суреттерін су асты кемесіне 3 км қашықтыққа жеткізу, содан кейін елшілікке шабуыл жасап, тұтқындарды босату; вирустың археологиялық топты өлтірген ежегі мәдени ескерткіштің табылуы, олар маңызды және құжаттамаға енбеген көрпе ішінде ілулі тұрғанын радиоарнасымен хабарлаған, мәдени ескерткішке әуе роботын табу, ішке кіру (немесе сенсорлық зонд / кіші көлік жіберу) және мәдени ескерткіш пен оның ішіндегілердің жойылғанға дейін көрпенің суреттерін қайтару үшін 15 минут берілген; және ядролық реактордағы жарылыс, онда ғалымдар әуе роботын жұмыс істеп тұрған реактор ғимаратты табу, ғимаратқа кіру (немесе сенсорлық зонд / кіші көлік жіберу) және реактордың балқу қаупі бар-жоғын анықтау үшін басқару тақталарының суреттерін жіберуі керек. Барлық үш миссияда 15 минут ішінде кіру, табу, анықтау, ішке кіру және суреттерді жіберу сияқты бірдей элементтер қолданылды. Ол АҚШ армиясының Форт-Беннинг солдаттардың жауынгерлік зертханасында Маккенна МОУТ (қалалық аумақтағы әскери операциялар) полигонында жүргізілді. Төртінші миссия 2008 жылы 27 командамен аяқталды, олар қажетті әуе роботтарының мінез-құлқын көрсетті, бірақ осы мінез-құлқыны 15 минуттан кем уақытта көрсетуге қол жеткізе алмады – төрешілердің пікірінше, уақыт қосылса, бұл жетістікке жетуге болар еді, сондықтан бұл енді маңызды қиындық емес. Осылайша төртінші миссия аяқталды, 80 000 доллар сыйлықтар табысталды және бесінші миссия құрылды.

Бесінші тапсырма

Бесінші миссия төртінші миссия тоқтаған жерден жалғасты, әуе көлігі құрылысқа енгеннен кейін, оның ішкі кеңістіктерін жылдам аралап өтуге қажетті толық автономды әуе роботтарының қабілеттерін көрсетті. Төртінші миссиядағы ядролық реактор кешенінің жарылу сценарийі бесінші миссия үшін фон ретінде қолданылды. Бесінші миссияда құрылысқа еніп, дәліздер, кішкентай бөлмелер, кедергілер және тұйықтардан тұратын күрделі ішкі кеңістікте белгіленген нысананы іздеу үшін, ғаламдық позициялау жүйесінсіз толық автономды әуе көлігі қажет болды, сондай-ақ құрылыстан алшақ орналасқан бақылау станциясына суреттерді жіберу міндеті қойылды. Осы 2009 жылғы IARC іс-шарасымен бірге ішкі ұшу мәселелері жөніндегі бірінші симпозиум өтті.

Алтыншы тапсырма

Алтыншы миссия 2010 жылы бесінші миссияның автономды ішкі ұшу мінез-құлқы тақырыбын дамыту ретінде басталды, бірақ ол 2010 жылы бар болған кез келген әуе роботынан артық күш-қуатты мінез-құлықты қажет етті. Бұл тыңшылық миссиясы ғимараттың белгілі бір бөлмесінен құпия түрде флеш-дискіні ұрлап алу және ұрлықтың анықталмауы үшін оның орнына сол сияқты бір дискіні қалдыруды қамтыды. 2010 жылғы Ішкі Ұшу мәселелері жөніндегі симпозиум 20 жылдық мерейтой сайысымен бірге Пуэрто-Рико Маягуэс университетінде өткізілді.

Жетіінші тапсырма

Жетінші миссия 2014 жылы басталды, ол 2014 жылға дейін болған кез келген әуе роботынан артық күрделі мінез-құлықты талап етті. Бір автономды әуе роботы 10 минут ішінде 20м x 20м (65.62 фут x 65.62 фут) аренаның белгіленген бір шетінде 10 автономды жердегі роботты жинап, топтастыруға тиіс болды. Аренада SLAM картасын жасауға қабырғалар да, GPS қолжетімділігі де болмады. Оптикалық ағын немесе оптикалық одометрия сияқты техникалар арена ішінде навигацияға мүмкін болатын шешімдер еді. Егер әуе роботы кедергілерге соқтығысса, бәсеке аяқталып, ұпай берілмейтін еді. Автономды әуе роботтары жердегі роботтармен былай өзара әрекеттесті: егер әуе роботы жердегі роботтың үстіне тисе, жердегі робот сағат тілімен 45° бұрылатын еді. Егер әуе роботы алдынан түсіп, оның қозғалысын тоқтатса, жердегі робот кері бағытқа бұрылатын еді. Аренадан қашып кеткен жердегі роботтар әуе роботының жалпы есебінен алынатын еді, сондықтан автономды әуе роботтары белгіленгеннен басқа кез келген шекарадан өту қаупі бар жердегі роботтарды анықтап, оларды белгіленген шекараға қайта бағыттау керек еді. Zhejiang университеті 12 елден келген 52 команданың ішінде 7-миссияның жалпы жеңімпазы атанды.

Сегізінші тапсырма

2018 жылы 8-ші миссия жарияланды. 8-ші миссияда алғаш рет электрондық емес адам-машина өзара әрекеттесуіне назар аударылды, төрт әуе роботы адамға бір адам өз бетінше орындай алмайтын тапсырмаларды орындауға көмектесті. 8-ші миссияның мәні – жауынгерлік "Сентри" әуе роботтарының кедергі келтіру әрекеттеріне қарамастан, адаммен бірлесіп жұмыс істейтін автономды әуе роботтарының тобының тапсырманы орындауы болды. 2018 жылы, 8-ші миссияның алғашқы жылында, американдық жарыс Атлантадағы Джорджия Технологиялық институтының кампусында, ал Азия/Тынық мұхиты аймақтық жарысы Бейхан университетінде, Қытайдың Пекин қаласында өтті. Келесі жылы үш команда 8 минуттан кем уақытта Қытайдың Куньмин қаласындағы Бейхан университетінің Юньнань инновациялық институтында 8-ші миссияны сәтті аяқтады. Олардың ішінде Нанкиннің Әуе және Ғарыш университеті (NUAA) миссияны ең жылдам орындады. Сунь Ят Сен университеті NUAA-дан 10 секундқа жуық айырмамен миссияны аяқтады. Харбин институты да миссияны аяқтады, уақыт аяқталуға 12 секунд қалғанда. NUAA 10 000 долларлық бас жүлдеге ие болды.

Тоғызыншы тапсырма

2023 жылы 9-шы миссия аяқталды. 9-шы миссияның мақсаты – 3 км қашықтықта кедергілерден және басқа да әуе роботтарынан қашықталып, тек борттағы есептеу құралдарын пайдалана отырып, толық автономды режимде ұшу болды. Бұл миссия қозғалатын платформадағы (Теңіз күйі 3-тегі қайықтағы) 2 кг (4.4 фунт) салмақты, шамамен 1 метр (39 дюйм) ұзындықтағы байланыс модулін ауыстыру және 9 минуттан кем уақыт ішінде үйге оралуды қамтамасыз етуді көздеді. COVID-19 саяхат шектеулеріне байланысты, төрт елден келген 12 тіркелген команда өз университеттерінде миссияны орындауға тырысты. Ең жақсы нәтиже көрсеткен команда Норвегия Ғылым және Технология университетінен (NTNU) болды. Бұл команда миссияның 9-шы ресми ережелерінде белгіленген барлық қажетті мінез-құлықтарды бірнеше растау сынақтарында көрсетті, бірақ соңғы бағалау кезінде бұрын сәтті жұмыс істеген жабдық бұзылып қалды. Дегенмен, команданың жиынтық нәтижелері оны жалпы жеңімпаз деп тануға жеткілікті болды.

Қатысушылар

IARC-ке қатысатын жоғары оқу орнының командалары негізінен АҚШ және Қытай Халық Республикасынан келген, сондай-ақ Германия, Англия, Швейцария, Норвегия, Испания, Канада, Чили, Катар, Иран және Үндістан елдерінен де қатысқан. Командалардың құрамы бірнеше студенттен жиырмаға дейін, тіпті одан да көп болуы мүмкін. Командаларда бакалаврлар мен магистранттар болады, бірақ кейбір командалар толығымен бакалаврлар немесе магистранттардан құралған. Кәсіпорындарға қатысуға рұқсат жоқ, бірақ олар студенттік командаларға қаржы және жабдықпен көмектесе алады.

Әуе роботтары

Әуеде ұшатын роботтардың дизайны әртүрлі: қанатты ұшақтардан бастап, дәстүрлі тікұшақтарға дейін, арнайы желдеткіштерге дейін, дирижабльдерге дейін және одан да әртүрлі, ерекше гибридтік құрылымдарға дейін. Бәйге толыққанды автономды жұмыс істеуге бағытталғандықтан, әуе аппаратының өзінің маңызы азаяды. Әуе роботтары пилотсыз және автономды болуы керек, бәсекелестік аренасының жартылай құрылымдалған ортасын сезіну қабілеттеріне сүйене отырып бәсекелесуі керек. Олар зиялы болуы немесе алдын ала бағдарламаланған болуы мүмкін, бірақ көптеген тапсырмалар үшін оларды қашықтан басқарушы адаммен басқаруға болмайды. Әдетте, әуе роботтарының өлшемі мен салмағына шектеулер қойылады, сондай-ақ олар негізгі қозғалтқыш жүйесін қолмен іске қосылатын қашықтан басқару құралымен жабдықталуы тиіс. Бірақ 8-ші тапсырма ерекше болды, себебі ол адам операторға қол қимылдары немесе сөзді командалар арқылы төрт автономды әуе аппаратын басқаруға мүмкіндік берді.

Сыйлықтар

IARC сыйлықтары дәстүрлі түрде "жеңімпаз бәрін алады", бірақ бәйгеңнің алғашқы жылдары ең жақсы орындаушылардың одан әрі дамуы үшін ақшалай жүлделер берілді. Үшінші миссияны аяқтау үш жылға созылды, нәтижесінде Берлин техникалық университеті 30 000 доллар жеңіп алды. Төртінші миссияда жылдам жеңімпаз болмайтыны және әр команданың дамуына бірнеше жыл қажет екені анықталды. Сондықтан, "өсіп келе жатқан жүлде қоры" құрылды, оған "Адамсыз жүйелерді дамыту қауымдастығы" қоры жыл сайын тағы 10 000 АҚШ долларын қосты. 2008 жылғы жүлде сомасы барлығы 80 000 АҚШ долларына белгіленді. Төртінші миссияны 15 минуттан кем уақытта аяқтаған команда 80 000 доллардың иегері болар еді, әйтпесе жүлде 2008 жылғы бәсекелестердің 15 минуттық мақсатқа ең жақын нәтижесіне сәйкес бөлінер еді. 2008 жылға қарай төртінші миссияның 1-3 деңгейлері көрсетілді, бұл барлық қажетті әуе роботтық мінез-құлықтың мүмкін екенін дәлелдеді, бірақ 2008 жылғы іс-шараның соңында ең бір команда да барлық мінез-құлықты 15 минут ішінде тізбектеп, үздіксіз көрсетіп шығара алмады. Сондықтан 80 000 доллар он финалист арасында бөлінді: (Джорджия технология институты 27 700 доллар, Вирджиния политехникалық институты және мемлекеттік университеті 17 700 доллар, ал Эмбри Риддл/ДеВри Калгари 12 200 доллар алды, қалған сома басқа финалистерге еңбегіне қарай бөлінді). 2009 жылы Массачусетс технология институтының командасына 5-ші миссияны аяқтағаны үшін 10 000 доллар сыйлық берілді. 2013 жылдың тамызында Цинхуа университетінің командасы толығымен 6-шы миссияны аяқтады, осылайша 40 000 доллар жеңіп алды. Кейіннен 2018 жылы Чжэцзян университеті 7-ші миссияны аяқтағаны үшін 20 000 доллар, ал Нанкин аэронавтика және астронавтика университеті 8-ші миссияны аяқтағаны үшін 10 000 доллар жеңіп алды. 9-шы миссияны Норвегия ғылым және технология университеті аяқтады және 2023 жылы АҚШ, Қытай және Үндістаннан келген он екі халықаралық команданың арасында ең жақсы нәтиже көрсеткені үшін 10 000 доллар сыйлық алды.

Бөлек сауда

Байқаудың авторы Роберт Микельсон – Халықаралық ұшқыштарсыз жүйелер қауымдастығының (AUVSI) бұрынғы президенті. IARC алғаш рет логистикалық қолдауға арналған қаражат пен қауымдастықпен қамтамасыз етілген бас жүлдемен құрылды. IARC-тің бастапқы табысы мен кең медиа назарынан кейін, AUVSI бірнеше жылдан соң Детройт қаласында (Мичиган штаты) «Ақылды жерүсті көлігі» жарысын ұйымдастырды. Бұл шараны сол кезде АҚШ Танк-автомобильдер басқармасында жұмыс істеген AUVSI кеңесінің мүшесі Джерри Лейн ұйымдастырды. 1998 жылы су асты қауымдастығы өкілдік алды, AUVSI және АҚШ Әскери-теңіз зерттеулер бюросы бірігіп, АҚШ-та жыл сайын өткізілетін бірінші Халықаралық автономды су асты көлігі жарысын ұсынды. Бұл жарыстардың барлығы – құрлықтағы, теңіздегі және әуедегі – негізгі ерекшелігі «толық автономия» болып табылады. Халықаралық ұшқыштарсыз жүйелер қауымдастығының қоры (2009 жылы «RoboNation» деп қайта аталды) логистикалық қолдау мен жүлде қорын беру арқылы бұл жарыстарды қолдауды жалғастыруда, сонымен қатар көптеген өнеркәсіптік демеушілер де бар.

IARC-тің таңдамалы баяндамалары мен жарияланымдары

Микельсон, Р. К., “Автономды әуе роботтары”, “Еңбексіз жүйелер”, 29-том, 10 қазан 2011 жыл, Ұшқышсыз көлік жүйелері қауымдастығы, Вашингтон, округ Колумбия, 38–42 беттер.
Хоу, Дж., Вогл, М., Баник, Дж. және т.б., “Оңтүстік Дакота тау-кен және технология институтының әуе роботтық барлау жүйесін жобалау және дамыту”, 1994 жылғы AUVSI материалдары.
Шапюи, Ж., Эк, С., Геринг, Х. П., Мудра, Р., “1996 жылғы Халықаралық әуе робототехникасы жарысына Швейцарияның қатысуы”, 1996 жылғы AUVSI материалдары, 1996 жылғы шілде, Орландо, Флорида, 947–953 беттер.
Паджетт, У. Т., “Дизайн конкурсы арқылы оқыту”, Frontiers in Education Conference, Өзгеріс дәуірінде оқыту және оқу, 27-ші жылдық конференция материалдары, 5–8 қараша 1997 жыл, 3-том, 1477–1480 беттер.
Ку, Т. Дж., Шим, Д. Х., Шакерния, О., Синополи, Б., Ма, Ы., Хоффман, Ф., Састри, С., “Берклидегі ұшқышсыз автономды әуе көлігінің иерархиялық гибридтік жүйелік дизайны”, 1998 жылғы AUVSI материалдары, 1998 жылғы шілде.
Грир, Д., Макерроу, П., Абрантс, Ж., “Қалалық іздеу және құтқару операцияларындағы роботтар”, 2002 жылғы Аустралиялық автоматтандыру конференциясының материалдары, Окленд, Австралияның робототехника және автоматтандыру қауымдастығы, 27–29 қараша 2002 жыл, 25–30 беттер.
Проктор, А. А., Каннан, С. К., Раабе, С., Кристоферсен, Х. Б. және Джонсон, Э. Н., “Грузия Техника институтында автономды әуе барлау жүйесін дамыту”, Ұшқышсыз көлік жүйелері қауымдастығының Ұшқышсыз жүйелер симпозиумы мен көрмесінің материалдары, 2003 жыл.